La teoria delle particelle è una teoria della materia incredibilmente diffusa, che sostiene, essenzialmente, che la materia è costituita da piccole particelle che sono in costante movimento. La teoria delle particelle è il dominio della fisica delle particelle, nota anche come fisica delle alte energie, perché molte delle particelle fondamentali generalmente non si trovano in natura, ma possono essere generate creando interazioni ad altissima energia tra le particelle.
Il predecessore della moderna teoria delle particelle risale all’antica Grecia, quando i filosofi del VI secolo a.C. sostenevano che esistessero particelle fondamentali di materia. Per migliaia di anni dopo questo, tuttavia, la teoria delle particelle svanì in gran parte del mondo, con la comparsa di varie altre teorie. Nel 6° secolo, tuttavia, fece un ritorno, con uno scienziato di nome John Dalton che propose una particella fondamentale e indivisibile che componeva tutta la materia. Chiamò questa particella l’atomo, dalla parola greca che significava indivisibile.
Alla fine del XIX secolo era diventato evidente, tuttavia, che l’atomo non era, di fatto, indivisibile e che c’erano particelle ancora più piccole che componevano l’atomo. Durante il 19esimo secolo e nel 20esimo secolo, queste particelle sono state divise e sono state scoperte nuove particelle ad alta energia. La scoperta di queste particelle ha contribuito a perfezionare ed espandere la natura della fisica delle particelle e gran parte del lavoro svolto oggi ha a che fare con la generazione di nuove particelle da osservare. Questo viene fatto creando interazioni ad altissima energia negli acceleratori di particelle, in cui le particelle vengono lanciate l’una contro l’altra a velocità incredibilmente elevate, essenzialmente frantumandosi nei loro pezzi costituenti e rilasciando particelle energetiche che si dissipano rapidamente.
Il modello di lavoro della teoria delle particelle in questo momento è noto come modello standard. Il Modello Standard, sebbene non sia una vera Teoria Unificante, si avvicina notevolmente. Affronta tre delle quattro interazioni conosciute: le forze elettromagnetiche, forti e deboli. Non riesce ad affrontare la forza gravitazionale, rendendola incompleta, ma consente comunque una grande comprensione delle particelle e dell’universo nel suo insieme. Il modello contiene ventiquattro particelle fondamentali, che costituiscono la materia, ei bosoni di gauge che mediano le forze. Prevede anche un tipo di bosone, il bosone di Higgs, che è l’unico bosone che non è stato ancora osservato, che dovrebbe essere rilevato dal Large Hadron Collider.
A un livello di base, la teoria delle particelle aiuta a classificare i tre stati principali della materia che vediamo giorno per giorno. Le particelle sono viste in relazione tra loro e la quantità di energia che hanno, che influenza la quantità di movimento. In uno stato in cui le particelle sono fortemente attratte l’una dall’altra e sono tenute strettamente insieme in uno stato in cui vibrano ma rimangono relativamente fisse, esiste un solido. Quando c’è una certa attrazione tra le particelle, e sono tenute in qualche modo insieme, con un grado di movimento relativamente libero, esiste un liquido. E quando c’è poca attrazione tra le particelle e possono muoversi liberamente, esiste un gas.